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利用腔QED实现量子通信

量子信息学是量子力学和信息科学相结合而产生的一门新兴学科。近几年来,量子信息在理论和实验上都取得了重大突破,如创造出绝对安全的量子密钥分配、量子密集编码、隐形传态等经典信息理论不可思议的奇迹。量子通信是量子信息的一个重要研究领域,包括量子密码、量子隐形传态和密集编码等。本论文主要研究若干量子通信的物理实现方案。腔量子电动力学装置(CQED)是实现量子计算机和量子通信网络的重要物理系统之一,其主要思想是将俘获的原子约束在高品质腔中,把量子信息贮存在原子能态上,由于腔内原子都与腔模场耦合,导致了原子间相互作用。本论文讨论了腔QED在量子通信中的若干应用,主要工作有:1、量子秘密共享的实现。为了降低对腔的品质因子的要求,在实现方案中让原子跃迁与腔场大失谐,腔处于虚拟激发,原子与腔之间没有能量交换,从而有效地压缩了腔泄漏效应。2、量子纠缠纯化的实现。该方案中,原子囚禁于单边泄漏腔,利用绝热方法系统只在暗态空间中演化,原子在激发态上无布居  (本文共42页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
中国科学技术大学

基于腔QED的量子态制备和量子信息处理

我们生活在一个信息时代,信息科学在改善人类的生活品质以及推动社会的文明发展中发挥着令人惊叹的作用。量子信息学是量子力学和信息科学相结合的产物,由于受量子力学规律支配,量子信息科学呈现出与经典信息科学截然不同的崭新面貌。在许多方面有着经典信息学所无法比拟的优势,比如利用量子态的相干叠加性,人们提出了量子并行算法,用于解决诸如大数因子分解等经典计算无法解决的问题。又如,量子不可克隆定理使得量子信息不能像经典信息那样任意被复制,这使得人们可以建立起绝对安全的量子密码体系。再如,量子纠缠可以起到连接不同空间点的量子信道的作用,从而实现量子隐形传态。总之,量子信息科学的诞生为未来信息科学与技术注入了新的活力。量子信息和量子计算的巨大潜力吸引着越来越多的科学家从事这方面的理论和实验研究。在量子信息的研究中,需要对量子信息进行处理,那么量子硬件必不可少。就目前而言,腔量子电动力学(QED)是研究得比较早、发展得比较快,并且被认为是最有前途的方...  (本文共108页) 本文目录 | 阅读全文>>

温州大学
温州大学

在腔QED体系中实现纠缠态的制备﹑识别及应用

量子纠缠态是量子信息学中最重要的研究对象。人们通过在物理体系中制备它来实现保密性高的量子通信以及量子计算。腔量子电动力学(腔QED)是一种可以实现量子纠缠现象的物理体系。在腔QED体系中,两能级原子与单模光场会发生Rabi振荡,实现原子态与光子数态的纠缠。近年来,在腔QED体系中实现量子纠缠态的制备是一个热门的研究话题。关于纠缠态制备的许多理论方案被研究专家们提出;并且一些实现方案在实验上被报道。随着冷却和操纵原子技术的发展,更多的腔QED方案会被实验演示。量子纠缠态是量子通信最基本的信息资源。诸如:稠密编码,量子隐形传态及纠缠交换等量子通信是量子纠缠态与信息科学结合的产物。量子通信以它通信的绝对保密性深深吸引着研究者们。在量子通信中,量子纠缠态的识别是实现各种量子通信协议必要的过程。比如:在量子隐形传态协议中,我们需要对四种Bell态进行准确识别才能成功完成量子态的可靠传送。如何实现纠缠态的识别是成功完成量子通信的最关键过程。...  (本文共57页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

三量子比特W-like态的纠缠浓缩和纠缠纯化

量子纠缠在量子信息领域占有极为重要的地位,并已经作为一种重要的量子资源被广泛应用到量子通信领域。在量子通信中,纠缠系统不可避免地受噪声影响,导致通道纠缠态发生退化,进而影响量子通信。为了安全可靠地实现量子通信,需要对退化的纠缠态进行处理,以获得高品质纠缠资源。纠缠浓缩和纠缠纯化是利用局域操作和经典通信解决这一问题的有效可行的方法,是量子通信领域重要而有意义的课题。目前,关于两体纠缠的纠缠浓缩和纠缠纯化已有大量的研究,对于多体纠缠浓缩和纠缠纯化的研究相对较少。就三体纠缠态而言,主要包括GHZ态和W态两种。纠缠浓缩和纠缠纯化主要集中在针对多体GHZ态的,而关于W态的纠缠浓缩和纠缠纯化的研究还有待广泛深入地研究。本文主要研究系数已知和系数未知的部分纠缠三原子W态的纠缠浓缩、系数未知的部分纠缠三光子W态的纠缠浓缩以及受幅值阻尼影响的W-like态的纠缠纯化。在腔QED系统中,基于三能级原子与腔场和经典场大失谐相互作用模型,提出了两类部分...  (本文共106页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京邮电大学
北京邮电大学

基于固态光学腔量子电动力学系统的量子通信与量子门研究

量子信息科学是量子力学的基本理论在信息科学领域中的应用与延伸,研究安全的量子通信和可靠的量子计算是量子信息科学的主要内容。本博士论文主要研究基于光学腔量子电动力学系统的量子纠缠纯化与浓缩,普适的量子逻辑门和无退相干子空间中的量子信息处理,取得了一系列创新成果:一、基于耦合的腔-原子系统和相干态的腔输入-输出过程,我们提出了一个有效的原子纠缠纯化方案。通过相干态的腔输入-输出过程,通信双方可以分别构造两比特宇称校验模块,并利用宇称校验测量从初始的混合纠缠系综里提取出高保真度的原子纠缠系综。这一过程也可以直接用于未知原子态的纠缠浓缩,即从非最大纠缠的原子系综里提取出最大纠缠态。同样利用宇称校验测量,我们提出了一个改进的原子纠缠浓缩方案,其基本思想是引入辅助单原子。与已有的一些基于腔量子电动力学的理论方案相比,我们利用了相干态而不是单光子作为数据总线,且相干态的腔输入-输出过程工作在原子-腔场的中间耦合区及低Q腔条件下,很好的满足了鲁...  (本文共130页) 本文目录 | 阅读全文>>

华东交通大学
华东交通大学

量子隐形传态方案的研究

量子信息学是一门由量子力学和信息科学交叉结合而形成的新兴学科,主要是由量子通信和量子计算两大部分组成,其中量子通信主要包括量子隐形传态(Quantum Teleportation,QT)、量子密集编码(Quantum Dense Coding,QDC)、量子秘密共享(Quantum Secret Sharing,QSS)等等。而QT更是量子通信的重中之重,它利用量子的物理特性,通过共享量子纠缠对,并将其做为量子信道而实现信息的传输。QT与经典通信相比具有明显的优势,打破了经典信息在信息容量和安全性等方面的局限性。近年来,在大量学者、研究人员的共同努力下,量子通信在理论和实验方面取得了巨大的进展。通过从理论和物理实现两方面介绍了QT,并对相应的QT方案的分析,了解到它以处于量子纠缠的粒子为信息的载体,通过对粒子进行Bell基测量及相关幺正操作,实现量子态的转移。本论文主要研究成果如下:(1)通过对Tan和Chen等的理论成果研究学...  (本文共51页) 本文目录 | 阅读全文>>